課程思政 | 北師大「普通物理實驗」:格物致知育新人

2021-01-13 京師人才培養

物理學既是科學,也是文化。物理學的基本觀點是人們自然觀和宇宙觀的重要組成部分,是社會的一般知識、一般意識形態的重要組成部分。在物理學專業基礎課程中,啟發、引導學生去思考物理中的人文思想,可以幫助學生樹立正確的世界觀,形成崇高的人生追求。

「普通物理實驗」是物理學專業學生的專業基礎課,授課對象是大一下大二上的學生,這個階段正是學生職業理想和職業道德教育的關鍵時期。經過十二年的競爭進入大學,沒有了升學這樣明確而迫切的目標,有的學生對前途感到迷茫,缺乏動力;有的學生對專業缺乏認識,沒有認同感,因而提不起學習的興趣,也缺乏堅強的意志去克服學習中遇到的困難。為解決學生這些思想問題,幫助他們更好地成長,我嘗試在「普通物理實驗」教學過程融入物理人文思想,在傳授物理知識的同時對學生進行價值引領。

下面我從課程育人元素和價值引導的方式兩方面,介紹在「普通物理實驗」中進行課程思政建設的探索和實踐。

㈠利用中國歷代物理學家的貢獻,激發學生的愛國情懷,加強民族自豪感和文化自信 

我國的物理學史,從舉世聞名的四大發明到現代尖端技術,特別是近現代中國物理學家成就以及他們的事跡,近十幾年國家對科研的重視和加大投入,都是愛國主義教育的素材。

比如,在幾何光學實驗中,我介紹了墨翟的《墨經》,無論就時間還是科學性而言,都稱得上是有關光學知識的最早記錄,比歐幾裡得的《光論》早了一百多年。在霍爾效應實驗中,我特別介紹薛其坤院士於2013年首次在實驗中發現反常量子霍爾效應,楊振寧評價這是一個諾獎級別的發現。這些事例,激發了學生的愛國情懷,增強了他們的民族自豪感。薛其坤院士三次考研七年博士的經歷鼓勵了學子們勇敢地去追尋夢想。

㈡利用科學精神,引領學生樹立崇高的人生目標、培養堅強的意志品質 

物理學的發展史,是一代代物理學家孜孜不倦地追求真理的發展史,每個物理發現的背後,都有物理學家為追求崇高價值鍥而不捨的故事,這些感人的故事,可以啟發大學生思考人生的價值和意義,激勵他們樹立崇高的人生目標,鼓勵他們為實現人生目標勇敢地奮鬥。我挖掘了與普通物理實驗項目相關的物理學發展史,並將相關的物理學史加入到實驗教學中,在傳授物理學知識的同時傳承科學精神,關注科學精神對學生學習目標、生活目標及個人意志品質的影響。

在夫琅禾費衍射實驗中,我引入衍射現象研究過程以胡克和惠更斯為代表的波動說與以牛頓為代表的微粒說關於光的本質的爭論。這一段歷史,傳達了一代代物理學家追求真理、實事求是、不懼權威的科學精神。

㈢利用科學思想與方法培養學生優秀的思維品質 

科學理論的形成離不開科學思想的指導和科學方法的應用,正確的科學思維和科學方法是認識世界的手段,是創新、發明的必要條件。每個實驗都包含美妙的物理思想和奇妙的研究方法,在教學過程引導學生體會、總結和提煉所做的實驗包含的物理思想和使用的研究方法,培養學生優秀的思維品質和正確的工作方法,引領學生享受物理的情與趣,欣賞物理的妙與美。

做光電效應實驗時,學生們還沒有學習量子力學。在實驗過程,我通過精心設計的一個個問題,引導學生去認識光的量子性這一深邃的物理思想;並通過討論,讓學生慢慢理解波動性和粒子性是光在兩個不同層次上的性質,二者看似矛盾,實際上是統一的,學會辯證地思考問題。在解釋實驗內容時,適時地向學生講授定量分析、契合法和共變法等科學研究方法。

㈣認識物理學對社會發揮的作用,提升學生自我價值認識 

物理學廣泛而深刻地影響著人類社會,改變了世界。物理學科為應用技術提供了理論基礎,對工程和技術的發展產生了巨大推動力,引起了傳統社會生產方式和產業結構的巨大變革,並向各個領域滲透,推動社會的發展,導致了人類生活方式的變化,改變了世界面貌。我在課程中引導學生認識自然、社會中與實驗項目相關的現象、與實驗項目相關的物理知識在科技及日常生活中的應用、給人類生活帶來的變化,提高學生作為物理學學習者及未來物理學工作者的自豪感,提升對自身價值的認識和肯定,提高學生的自信心,減輕對前途的迷茫和無助感。

在偏振光實驗中,引入偏振概念時,我們講到動物與偏振光,舉了翠鳥捕魚、蜜蜂的搖擺舞、非洲糞金龜、螳螂蝦隱私通信的例子。講到人類日常生活利用偏振光的例子,如立體電影、液晶顯示器、偏光太陽鏡、汽車擋風玻璃等例子。講到偏振在科學技術領域的應用,比如電光開關、應力測量、偏振遙感探測等。引入這些例子,讓學生認識到物理既有趣又有用,提高學習的興趣,提升學生對專業的認可度,堅定學習物理的決心和信心,提升學生作為物理人的價值感。

科學和技術是人類為求生存而發展起來的強有力的工具,然而它又是把「雙刃劍」,既有造福人類改變世界的正面作用,也有危害人類改變世界的負面效應。在引領學生認識物理學給人類生活帶來的正面影響的同時,引導學生認識科學技術負面效應造成的史無前例的大量危機,思考人類應該如何正確地有節制地應用科學,關愛自然、關愛人類,這也是物理人的人生價值的體現。

成功的實驗教學,會讓學生獲得許多能力和心理體驗,在「潤物細無聲」中影響學生的人生觀和價值觀。在知識傳授過程如何實現有效的價值引導,我嘗試過以下方式:

㈠講授及討論 

每個實驗項目蘊含的物理思想、使用的研究方法,適合在做實驗過程面對面地引導學生進行思考、討論,然後加以歸納總結。

㈡網絡平臺 

利用課程網絡平臺開設了「影視中的物理實驗」及「三色書屋」主題論壇。

⒈「影視中的物理實驗」主題論壇介紹學生觀看涉及物理實驗的影片,然後展開討論,引導學生思考日常生活中的物理及物理實驗在日常生活中的應用,提高學習的興趣,激發學生的創作熱情。 

⒉「三色書屋」論壇向學生推薦一些物理人文方面的書籍,師生就閱讀進行交流,旨在提高學生的科學及人文素養。 

影視、書籍是生活的調劑,學生們熱情很高。學生們反映,用物理的眼光看電影、用人文的眼光看物理是一種新穎的體驗,提高了他們的科學文化素養和探究能力,更多的學生表示對物理的興趣和好奇心提高了,願意繼續深造。

㈢課後作業 

一些內容可以做為課後作業。比如,全息照相實驗,留的作業是「調研全息技術的應用」。學生們講到全息幹涉計量、全息光學元件、全息顯微術、模壓全息、超聲紅外及微波全息,講到全息在醫學診斷、舞臺設計、工業檢測、軍事等方面的應用,大部分作業都是內容豐富詳實的調研報告。通過調研,學生們不僅開闊了知識面,加深了對全息技術的了解,也深刻地體會到全息豐富了人類社會的技術,豐富了人類的生活,提高了學習物理的興趣,也提升了作為一個物理人的自豪感。

㈣實驗室展板 

把物理學家生平故事,重要的、經典的實驗做成展板,豐富實驗室的文化氛圍。

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